Elke levende cel heeft een reeks structuren die het mogelijk maken om alle eigenschappen van een levend organisme te demonstreren. Om goed te kunnen functioneren, moet de cel voldoende voedingsstoffen krijgen, deze afbreken en energie vrijgeven, die vervolgens wordt gebruikt om levensprocessen te ondersteunen.
In de eerste fase van complexe processen van energiebeheer bevinden zich de lysosomen van de cel, die langs de randen van de afgeplatte reservoirs van het dictyosoom (Golgi-complex) zijn geregen.
Hoe lysosomen werken
Lysosomen zijn bolvormige enkelmembraanlichamen met een diameter van 0,2 tot 2 micron, die een complex van hydrolytische enzymen bevatten. Ze zijn in staat om elk natuurlijk polymeer of elke substantie met een complexe structuur af te breken die de cel binnenkomt als voedingssubstraat of vreemd middel:
- eiwitten en polypeptiden;
- polysachariden (zetmeel, dextrines, glycogeen);
- nucleïnezuren;
- lipiden.
Deze efficiëntie wordt geleverd door ongeveer 40 verschillende soorten enzymen inzowel in de matrix van het lysosoom als aan de binnenkant van het membraan in een hechtende toestand.
Lysosoomchemie
Het membraan rond het lysosoom beschermt organellen en andere celcomponenten tegen vertering door het enzymcomplex. Maar in het blaasje zelf zijn tenslotte alle enzymen van eiwitoorsprong, waarom worden ze niet afgebroken door proteasen?
Het is een feit dat de enzymen in de lysosomen zich in een geglycosyleerde toestand bevinden. Deze koolhydraat-"schil" zorgt ervoor dat ze slecht worden herkend door proteolytische enzymen.
De reactie van de omgeving in het lysosoom is licht zuur (pH 4,5-5), in tegenstelling tot de bijna neutrale reactie van het hyaloplasma. Het schept gunstige voorwaarden voor de werking van enzymen en wordt geleverd door het werk van H+-ATPase, dat protonen in het organel pompt.
Lysosoom transformatieproces
Morfologisch worden in de cel twee hoofdtypen lysosomen onderscheiden - primair en secundair.
Primaire lysosomen zijn kleine blaasjes, met gladde wanden of randen, gescheiden van de reservoirs van het Golgi-complex. Ze bevatten een reeks hydrolytische enzymen die eerder zijn gevormd op korrelige (ruwe) EPR-membranen. Tot de opname van het voedingssubstraat zijn lysosomen in een inactieve vorm.
Om enzymen te laten werken, moeten voedseldeeltjes of vloeistoffen het lysosoom binnendringen. Dit gebeurt op twee manieren:
- Door autofagie, wanneer een voedseldeeltje wordt opgenomen door een lysosoom uit het omringende cytoplasma. In dit geval dringt het membraan van het organel binnen op het contactpunt met het deeltjeen vormt een endocytisch blaasje en bindt zich vervolgens in het lysosoom.
- Door heterofagie, wanneer het lysosoom versmelt met endocytische blaasjes die vastzitten in het cytoplasma van de cel als gevolg van absorptie van vaste deeltjes of vloeistoffen van buitenaf.
Secundaire lysosomen zijn blaasjes die zowel enzymen als substraat voor de spijsvertering bevatten. Ze worden gekenmerkt door een uitgesproken hydrolytische activiteit en worden gevormd als gevolg van absorptie van het substraat door het primaire lysosoom.
Ondanks het feit dat de functies van het lysosoom beperkt zijn tot de vertering (afbraak) van vaste organische deeltjes en opgeloste stoffen, wordt de veelzijdigheid van het proces verzekerd door het vermogen van secundaire lysosomen:
- samenvoegen met primaire lysosomen die een nieuwe portie enzymen binnenbrengen;
- samensmelten met nieuwe voedseldeeltjes of endocytische blaasjes, waardoor een continu afbraakproces wordt gehandhaafd;
- smelten met andere secundaire lysosomen om een grote structuur te vormen die andere celorganellen kan absorberen;
- absorberen pinocytische blaasjes en veranderen in een multivesiculair lichaam.
De structuur van het lysosoom verandert niet dramatisch. Het wordt meestal alleen maar groter.
Andere soorten lysosomen
Soms gaat de afbraak van stoffen die het lysosoom zijn binnengedrongen niet tot het einde. Onverteerde deeltjes worden niet uit het organel verwijderd, maar hopen zich daarin op. Nadat de voorraad hydrolytische enzymen is uitgeput, wordt de inhoud samengeperst en verwerkt, de structuur van het lysosoom wordt complexer, gelaagder. Pigmenten kunnen ook worden afgezet. Het lysosoom verandert in een restlichaam.
Verder blijven resterende lichamen in de cel of worden eruit verwijderd door exocytose.
Autofagosomen zijn te vinden in protistencellen. Door hun aard behoren ze tot secundaire lysosomen. In deze organellen worden restanten van grote celcomponenten en cytoplasmatische structuren gevonden. Ze worden gevormd tijdens celbeschadiging, veroudering van celorganellen en dienen om celcomponenten te gebruiken, waardoor monomeren vrijkomen.
Functies van het lysosoom in de cel
Lysosomen voorzien de cel in de eerste plaats van het nodige bouwmateriaal en depolymeriseren de stoffen die erin zijn binnengekomen.
De afbraak van koolhydraten is een belangrijke schakel in het energiemetabolisme van de cel en levert een substraat voor omzetting in mitochondriën.
Lysosomen zijn ook een verdedigingsschakel in het immuunsysteem van het lichaam:
- Na fagocytose van bacteriën door leukocyten, gieten lysosomen hun inhoud in de holte van het fagocytische blaasje en vernietigen ze het schadelijke micro-organisme.
- Proteolytische enzymen vrijgeven tijdens apoptose - geprogrammeerde celdood.
- Beschadigde en "verouderde" celorganellen gebruiken.
In combinatie met celproliferatie zorgt de deelname van lysosomen bij het gebruik van verschillende structuren voor de vernieuwing van het lichaam.
